説明

硬質ポリウレタンフォーム

【課題】高い機械物性及び低吸水量を有する硬質ポリウレタンフォームを提供する。
【解決手段】芳香族ポリカルボン酸誘導体である特定の硬質ポリウレタンフォーム製造用強度向上剤(A)と有機ポリイソシアネート成分(D)とを、発泡剤、触媒及び整泡剤の存在下に反応させてなる独泡率が20〜95%である硬質ポリウレタンフォーム。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は硬質ポリウレタンフォームに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年は環境への配慮及びコスト低減要求が強く、ポリウレタンフォームの低密度化が求められている。例えば、車両用途では燃費規制に対応するため軟質ポリウレタンフォームの低密度化が求められている。また、断熱材用途においてもコスト低減、環境への配慮のため軽量化が望まれている。
現状、低密度化の要望に応えるため、発泡剤としての水の使用量が増加の傾向にある。水の使用量を増加させる(非特許文献1等)ことは、フォーム製造時の発生炭酸ガス量を増加させることができ、硬質ポリウレタンフォームの密度を低下させるには有効であるが、フォームの密度が低下するとフォーム硬度が低下する。フォーム硬度を向上させる具体的技術としては、使用する架橋剤の使用量を上げる方法(非特許文献1)やポリマーを樹脂中に分散させる方法(特許文献1)等があるが、このような方法では、機械物性が不十分である等の課題が残されており、硬度が向上し機械物性が維持される硬質ウレタンフォームが望まれている。
また、環境への配慮の観点からフォームの長期間使用が求められている。長期間外部環境下へ曝されることフォームが吸水し劣化する等の課題が残されており、長期間使用に耐えうるフォームが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平9−309937号公報
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】岩田敬治、「ポリウレタン樹脂ハンドブック」、日刊工業、1987年5月20日発行、第1版、32頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、高い機械物性(圧縮強度)及び低吸水量を有する硬質ポリウレタンフォームを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者は、これらの問題点を解決するべく鋭意検討した結果、特定の構造を有する強度向上剤を使用し独泡率を特定の範囲とすることで、高い機械物性(圧縮強度)及び低吸水量を有する硬質ポリウレタンフォームが得られることを見出し本発明に到達した。
【0007】
すなわち、本発明は、下記一般式(I)で表される硬質ポリウレタンフォーム製造用強度向上剤(A)と有機ポリイソシアネート成分(D)とを、発泡剤、触媒及び整泡剤の存在下に反応させてなる独泡率が20〜95%である硬質ポリウレタンフォームである。
【0008】
【化1】

【0009】
[一般式(I)中、R1は活性水素含有化合物から1個の活性水素を除いた残基を表す。複数のR1の一部とZは同一であっても構わないが、少なくとも1つのR1とZは異なる基である。;Yは3価以上の芳香族ポリカルボン酸(C)からカルボキシル基を除いた残基を表す。Yの芳香環は炭素原子から構成される。芳香環の置換基は水素原子でも他の置換基でもよいが、少なくとも一つの置換基が水素原子である。;aは0≦a≦(芳香環置換基数−2)を満たす整数である。;bは0≦b≦(芳香環置換基数−2)を満たす整数である。;a+bは2≦a+b≦(芳香環置換基数−2)を満たす整数である。;Zはm価以上の活性水素含有化合物からm個の活性水素を除いた残基を表す。;mは1〜10の整数を表す。;]
【発明の効果】
【0010】
本発明の強度向上剤を用いた場合、高い機械物性(圧縮強度)及び低吸水量の硬質ポリウレタンフォームを得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明においては、硬質ポリウレタンフォーム用強度向上剤(A)は、下記一般式(I)で表される。
【0012】
【化2】

【0013】
一般式(I)中、R1は活性水素含有化合物から1個の活性水素を除いた残基を表す。活性水素含有化合物としては、水酸基含有化合物、アミノ基含有化合物、カルボキシル基含有化合物、チオール基含有化合物及びリン酸化合物;分子内に2種以上の活性水素含有官能基を有する化合物が含まれる。これら活性水素含有化合物は、1種類でも複数種類でも使用することができる。すなわち、複数のR1は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
【0014】
水酸基含有化合物としては、1価のアルコール、2〜8価の多価アルコール、フェノール及び多価フェノール等が含まれる。具体的にはメタノール、エタノール、ブタノール、オクタノール、ベンジルアルコール、ナフチルエタノール等の1価のアルコール;エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3及び1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,10−デカンジオール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン及び1,4−ビス(ヒドロキシエチル)ベンゼン等の2価アルコール;グリセリン及びトリメチロールプロパン等の3価アルコール;ペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、ソルビタン、ジグリセリン、ジペンタエリスリトール等、ショ糖、グルコース、マンノース、フルクトース、メチルグルコシド及びその誘導体等の4〜8価のアルコ―ル;フェノール、フロログルシン、クレゾール、ピロガロ―ル、カテコール、ヒドロキノン、ビスフェノ―ルA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、1−ヒドロキシナフタレン、1,3,6,8−テトラヒドロキシナフタレン、アントロール、1,4,5,8−テトラヒドロキシアントラセン及び1−ヒドロキシピレン等のフェノ―ル;ポリブタジエンポリオール;ひまし油系ポリオール;ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの(共)重合体及びポリビニルアルコール等の多官能(例えば官能基数2〜100)ポリオール、フェノールとホルムアルデヒドとの縮合物(ノボラック)並びに米国特許3265641号明細書に記載のポリフェノール等が挙げられる。
なお、(メタ)アクリレートとは、メタクリレート及び/又はアクリレートを意味し、以下において同様である。
【0015】
アミノ基含有化合物としては、アミン、ポリアミン及びアミノアルコール等が含まれる。具体的には、アンモニア;炭素数1〜20のアルキルアミン(ブチルアミン等)及びアニリン等のモノアミン;エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン及びジエチレントリアミン等の脂肪族ポリアミン;ピペラジン及びN−アミノエチルピペラジン等の複素環式ポリアミン;ジシクロヘキシルメタンジアミン及びイソホロンジアミン等の脂環式ポリアミン;フェニレンジアミン、トリレンジアミン及びジフェニルメタンジアミン等の芳香族ポリアミン;モノエタノ―ルアミン、ジエタノ―ルアミン及びトリエタノ―ルアミン等のアルカノ―ルアミン;ジカルボン酸と過剰のポリアミンとの縮合により得られるポリアミドポリアミン;ポリエーテルポリアミン;ヒドラジン(ヒドラジン及びモノアルキルヒドラジン等)、ジヒドラジッド(コハク酸ジヒドラジッド及びテレフタル酸ジヒドラジッド等)、グアニジン(ブチルグアニジン及び1−シアノグアニジン等);ジシアンジアミド等;が挙げられる。
【0016】
カルボキシル基含有化合物としては、酢酸及びプロピオン酸等の脂肪族モノカルボン酸;安息香酸等の芳香族モノカルボン酸;コハク酸、フマル酸、セバシン酸及びアジピン酸等の脂肪族ポリカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ナフタレン−1,4ジカルボン酸、ナフタレン−2,3,6トリカルボン酸、ピロメリット酸、ジフェン酸、2,3−アントラセンジカルボン酸、2,3,6−アントラセントリカルボン酸、及びピレンジカルボン酸等の芳香族ポリカルボン酸;アクリル酸の(共)重合物等のポリカルボン酸重合体(官能基数2〜100)等が挙げられる。
【0017】
チオール基含有化合物としては、1官能のフェニルチオール、アルキルチオール及びポリチオール化合物が含まれる。ポリチオールとしては、2〜8価の多価チオールが挙げられる。具体的にはエチレンジチオール及び1、6−ヘキサンジチオール等が挙げられる。
【0018】
リン酸化合物としては燐酸、亜燐酸及びホスホン酸等が挙げられる。
【0019】
活性水素含有化合物としては、分子内に2種以上の活性水素含有官能基(水酸基、アミノ基、カルボキシル基、チオール基及びリン酸基等)を有する化合物も使用できる。
【0020】
また、活性水素含有化合物としては、上記活性水素含有化合物のアルキレンオキサイド付加物を使用することもできる。
【0021】
活性水素含有化合物に付加させるアルキレンオキサイド(以下、AOと略す)としては、炭素数2〜6のAO、例えば、エチレンオキサイド(以下、EOと略す)、1,2−プロピレンオキサイド(以下、POと略す)、1,3−プロピレオキサイド、1,2ブチレンオキサイド及び1,4−ブチレンオキサイド等が挙げられる。これらのうち、性状や反応性の観点から、PO、EO及び1,2-ブチレンオキサイドが好ましい。AOを2種以上使用する場合(例えば、PO及びEO)の付加方法としては、ブロック付加であってもランダム付加であってもよく、これらの併用であってもよい。
【0022】
さらに、活性水素含有化合物としては、上記活性水素含有化合物とポリカルボン酸(脂肪族ポリカルボン酸や芳香族ポリカルボン酸)との縮合反応で得られる活性水素含有化合物(ポリエステル化合物)を使用することができる。縮合反応においては活性水素含有化合物、ポリカルボン酸共に1種類を使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0023】
脂肪族ポリカルボン酸とは、以下(1)、(2)を満たす化合物を意味する。
(1)1分子が有するカルボキシル基が2個以上である。
(2)カルボキシル基が芳香環に直接結合していない。
【0024】
脂肪族ポリカルボン酸には、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、マレイン酸及びフマル酸等が挙げられる。
【0025】
芳香族ポリカルボン酸とは以下(1)〜(3)を満たす化合物を意味する。
(1)1分子が有する芳香環の数が1個以上である。
(2)1分子が有するカルボキシル基の数が2個以上である。
(3)カルボキシル基が芳香環に直接結合している。
【0026】
芳香族ポリカルボン酸としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、2,2’-ビベンジルジカルボン酸、トリメリット酸、ヘミリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸及びナフタレン−1,4ジカルボン酸、ナフタレン−2,3,6トリカルボン酸、ジフェン酸、2,3−アントラセンジカルボン酸、2,3,6−アントラセントリカルボン酸及びピレンジカルボン酸等の炭素数8〜18の芳香族ポリカルボン酸が挙げられる。
【0027】
また、ポリカルボン酸と活性水素含有化合物との縮合反応を実施する際に、ポリカルボン酸の無水物や低級アルキルエステルを使用することもできる。
【0028】
強度向上剤のハンドリング及び硬質ポリウレタンフォームの機械物性(圧縮強度)向上の観点から、R1とする活性水素含有化合物としては、水酸基含有化合物、アミノ基含有化合物、これらのAO付加物及び活性水素含有化合物とポリカルボン酸との縮合反応で得られるポリエステル化合物が好ましく、さらに好ましくはメタノール、エタノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ショ糖、ベンジルアルコール、フェノール、メチルアミン、ジメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、フェニルアミン、ジフェニルアミン、これらのEO及び/又はPO付加物並びにこれら活性水素化合物とフタル酸及び/又はイソフタル酸との縮合物が好ましい。
【0029】
一般式(I)中、Yは3価以上の芳香族ポリカルボン酸(C)からカルボキシル基を除いた残基を表す。Yの芳香環は炭素原子から構成される。芳香環の置換基は水素原子でも他の置換基でもよいが、少なくとも1つの置換基が水素原子である。すなわち、Yの芳香環は、その芳香環を構成する炭素原子に結合した少なくとも一つの水素原子を有する。
【0030】
他の置換基とは、アルキル基、ビニル基、アリル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、アミノ基、カルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、ヒドロキシアミノ基、ニトロ基、ホスフィノ基、チオ基、チオール基、アルデヒド基、エーテル基、アリール基、アミド基、シアノ基、ウレア基、ウレタン基、スルホン基、エステル基及びアゾ基等が挙げられる。機械物性向上(伸び、引っ張り強度、圧縮硬さ)及びコストの観点から、他の置換基としては、アルキル基、ビニル基、アリル基、アミノ基、アミド基、ウレタン基及びウレア基が好ましい。
【0031】
Y上の置換基の配置としては、機械物性向上の観点から、2個のカルボニル基が隣接し、3個目のカルボニル基と1又は2個目のカルボニル基の間に置換基として水素が配置された構造が好ましい。
【0032】
Yを構成する3価以上の芳香族ポリカルボン酸(C)としては、トリメリット酸、ヘミリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、ナフタレン−2,3,6トリカルボン酸及び2,3,6−アントラセントリカルボン酸等の炭素数8〜18の芳香族ポリカルボン酸が挙げられる。
【0033】
強度向上剤のハンドリング及び硬質ポリウレタンフォームの機械物性(圧縮強度)向上の観点から、Yに使用する(C)は単環式化合物が好ましく、さらに好ましくはトリメリット酸及びピロメリット酸である。
【0034】
一般式(I)において、aは0≦a≦芳香環置換基数−2を満たす整数である。芳香環置換基数とは、芳香環を構成する炭素原子に結合する置換基の数である。例えば、炭素6個から構成される単環の芳香環では、芳香環置換基数が6であり、aとして0〜4を取りうる。芳香環が単環の芳香環の場合、機械物性(圧縮強度)向上の観点から、aは2又は3が好ましい。
【0035】
一般式(I)において、bは0≦b≦芳香環置換基数−2を満たす整数である。例えば、炭素6個から構成される単環の芳香環では、芳香環置換基数が6であり、bとして0〜4を取りうる。芳香環が単環の芳香環の場合、フォームの硬化速度の観点から、bは0又は1が好ましい。
【0036】
一般式(I)において、a+bは2≦(a+b)≦芳香環置換基数−2を満たす整数である。例えば、炭素6個から構成される単環の芳香環では、芳香環置換基数が6であり、a+bとして0〜4を取りうる。芳香環が単環の芳香環の場合、機械物性(圧縮強度)向上の観点から、a+bは2又は3が好ましい。
【0037】
一般式(I)中のZはm価以上の活性水素含有化合物からm個の活性水素を除いた残基を表す。ここで言う活性水素含有化合物としては、上述のR1で示した活性水素含有化合物が含まれる。Zで表される活性水素含有化合物はR1の一部と同一であっても構わないが、少なくとも1つのR1とZは異なる基である。
一般式(I)において、mは1〜10の整数を表す。
強度向上剤のハンドリング及び硬質ポリウレタンフォームの機械物性(圧縮強度)向上の観点から、Zには、水酸基含有化合物、アミノ基含有化合物、これらのAO付加物及びこれらとポリカルボン酸との縮合物を用いることが好ましく、mは1〜8が好ましい。
【0038】
本発明の強度向上剤(A)の水酸基価(mgKOH/g)は、成形時のハンドリング(粘度)、高い機械物性(圧縮強度)及び低吸水量の観点から、0〜700が好ましく、さらに好ましくは0〜650、次にさらに好ましくは0〜600である。
なお本発明において、水酸基価はJISK−1557に準拠して測定される。
また、(A)の水酸基価が0であることは、一般式(I)中、いずれのR1もYもZも水酸基を有しないことを意味する。
【0039】
本発明の硬質ポリウレタンフォームに用いられる強度向上剤(A)の芳香環濃度(mmol/g)は、機械物性(圧縮強度)向上及び低吸水量の観点から、0.1〜10.0が好ましく、さらに好ましくは0.2〜9.5、次にさらに好ましくは0.3〜9.0である。
なお、(A)の芳香環濃度は、強度向上剤(A)1g中の芳香環のモル数を意味する。
【0040】
3価以上の(C)由来のYの式量は、強度向上剤(A)の数平均分子量を基準として、機械物性(圧縮強度)及び低吸水量の観点から、0.5〜50%であることが好ましく、さらに好ましくは4〜47%、次にさらに好ましくは6〜45%である。
【0041】
本発明において、上記強度向上剤(A)と(A)以外のポリオール(P)とを含有してなるポリオール組成物(B)を使用してもよい。
【0042】
ポリオール(P)としては特に限定はなく、ポリエーテルポリオール及びポリエステルポリオールなどが挙げられる。
【0043】
ポリエーテルポリオールとしては、多価アルコールのAO付加物が挙げられる。AOとしては前述のAOが挙げられ、性状や反応性の観点から、PO、EO及び1,2-ブチレンオキサイドが好ましい。AOを2種以上使用する場合(例えば、PO及びEO)の付加方法としては、ブロック付加であってもランダム付加であってもよく、これらの併用であってもよい。
【0044】
ポリエステルポリオールとしては、多価水酸基含有化合物(前記の多価アルコール及び前記ポリエーテルポリオール)と芳香族ポリカルボン酸(前述したもの等)及び脂肪族ポリカルボン酸(前述したもの等)、これらの無水物並びにこれらの低級アルキル(アルキル基の炭素数が1〜4)エステル等のエステル形成性誘導体(無水フタル酸及びテレフタル酸ジメチル等)との縮合反応生成物;前記多価アルコールの前記カルボン酸無水物及びAOの付加反応物;これらのAO(EO、PO等)付加反応物;ポリラクトンポリオール{例えば前記多価アルコールを開始剤としてラクトン(ε−カプロラクトン等)を開環重合させることにより得られるもの};並びにポリカーボネートポリオール(例えば前記多価アルコールとアルキレンカーボネートとの反応物)等が挙げられる。
【0045】
これら以外の各種ポリオールとしては、重合体ポリオール、ポリブタジエンポリオール等のポリジエンポリオール及びそれらの水添物;アクリル系ポリオール、特開昭58−57413号公報及び特開昭58−57414号公報等に記載された水酸基含有ビニル重合体;ヒマシ油等の天然油系ポリオール;天然油系ポリオールの変性物;等が挙げられる。
【0046】
ポリオール組成物(B)において、強度向上剤(A)の含有量は、機械物性(圧縮強度)及び低吸水量の観点から、ポリオール組成物(B)の重量を基準として、0.1〜99.9重量%が好ましく、さらに好ましくは5.0〜70重量%、特に好ましくは10〜50重量%である。
【0047】
ポリオール組成物(B)を使用する場合、ポリオール組成物(B)は強度向上剤(A)とポリオール(P)とを混合すれば容易に製造できる。混合する方法等は公知のいかなる方法でも良い。
【0048】
本発明の硬質ポリウレタンフォームは、強度向上剤(A)、又はポリオール組成物(B)と有機ポリイソシアネート成分(D)とを、発泡剤、触媒及び整泡剤の存在下に反応させて形成される。
【0049】
有機ポリイソシアネート成分(D)としては、通常ポリウレタンフォームに使用される有機ポリイオシアネートはすべて使用でき、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、これらの変性物(ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、イソシアヌレート基及びオキサゾリドン基含有変性物等)及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
【0050】
芳香族ポリイソシアネートとしては、炭素数(NCO基中の炭素を除く;以下のポリイソシアネートも同様)が6〜16の芳香族ジイソシアネート、炭素数6〜20の芳香族トリイソシアネート及びこれらのイソシアネートの粗製物等が挙げられる。具体例としては、1,3−及び1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−及び2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI、2,4’−及び4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート(粗製MDI)、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート並びにトリフェニルメタン−4,4’,4’’−トリイソシアネート等が挙げられる。
【0051】
脂肪族ポリイソシアネートとしては、炭素数6〜10の脂肪族ジイソシアネート等が挙げられる。具体例としては、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート及びリジンジイソシアネート等が挙げられる。
【0052】
脂環式ポリイソシアネートとしては、炭素数6〜16の脂環式ジイソシアネート等が挙げられる。具体例としては、イソホロンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート及びノルボルナンジイソシアネート等が挙げられる。
【0053】
芳香脂肪族イソシアネートとしては、炭素数8〜12の芳香脂肪族ジイソシアネート等が挙げられる。具体例としては、キシリレンジイソシアネート及びα,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。
変性ポリイソシアネートの具体例としては、カルボジイミド変性MDI等が挙げられる。
【0054】
これらの中で、反応性及び硬質ポリウレタンフォームの機械物性(圧縮強度)の観点から、芳香族ポリイソシアネートが好ましく、さらに好ましくは、TDI、粗製TDI、MDI、粗製MDI及びこれらのイソシアネートの変性物、特に好ましくは、TDI、MDI及び粗製MDIである。
【0055】
発泡剤としては、水、液化炭酸ガス及び沸点が−5〜70℃の低沸点化合物が含まれる。
【0056】
低沸点化合物には、水素原子含有ハロゲン化炭化水素及び低沸点炭化水素等が含まれる。 水素原子含有ハロゲン化炭化水素及び低沸点炭化水素の具体例としては、HCFC(ハイドロクロロフルオロカーボン)(HCFC−123、HCFC−141b及びHCFC−142b等);HFC(ハイドロフルオロカーボン)(HFC−152a、HFC−356mff、HFC−236ea、HFC−245ca、HFC−245fa及びHFC−365mfc等)、ブタン、ペンタン及びシクロペンタン等が挙げられる。
【0057】
これらのうち、成形性の観点から、水、液化炭酸ガス、シクロペンタン、HCFC−141b、HFC−134a、HFC−356mff、HFC−236ea、HFC−245ca、HFC−245fa、HFC−365mfc及びこれらの2種以上の混合物を発泡剤として使用するのが好ましい。
【0058】
発泡剤のうち、水の使用量は、フォーム形成時のフォーム密度、スコーチ発生の抑制の観点から、硬質ウレタンフォーム製造時に使用する硬質ポリウレタンフォーム製造用ポリオール組成物{強度向上剤(A)及びポリオール(P)}100重量部に対して、1.0〜8.0重量部が好ましく、さらに好ましくは1.5〜7.0重量部である。低沸点化合物の使用量は、成形性の観点から、ポリオール成分100重量部に対して、40重量部以下が好ましく、さらに好ましくは5〜25重量部である。液化炭酸ガスは、30重量部以下が好ましく、さらに好ましくは1〜25重量部である。
【0059】
触媒としては、ウレタン化反応を促進するすべての触媒を使用でき、3級アミン{トリエチレンジアミン、N−エチルモルフォリン、ジエチルエタノールアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ジアミノビシクロオクタン、1,2−ジメチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール、1,8−ジアザビシクロ−[5,4,0]−ウンデセン−7、ビス(N,N−ジメチルアミノ−2−エチル)エーテル及びN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサメチレンジアミン等}、及び/又はカルボン酸金属塩(酢酸カリウム、オクチル酸カリウム、オクチル酸第一スズ、ジラウリル酸ジブチル第二スズ及びオクチル酸鉛等)が挙げられる。触媒の使用量は、機械物性(圧縮強度)及び低吸水量向上の観点から、硬質ポリウレタンフォーム製造時に使用する硬質ポリウレタンフォーム製造用ポリオール組成物100重量部に対して、0.01〜5.0重量部が好ましく、さらに好ましくは0.1〜2.0重量部である。
【0060】
整泡剤としては、通常の硬質ポリウレタンフォームの製造に用いられるものはすべて使用でき、ジメチルシロキサン系整泡剤[東レ・ダウコーニング(株)製の「SRX−253」、「PRX−607」等]及びポリエーテル変性ジメチルシロキサン系整泡剤[東レ・ダウコーニング(株)製の「L−540」、「SZ−1142」、「L−3601」、「SRX−294A」、「SH−193」、「SZ−1720」、「SZ−1675t」、「SF−2936F」及びデグサジャパン(株)製「B−4900」等]が挙げられる。整泡剤の使用量は、機械物性(圧縮強度)及び低吸水量の観点から、硬質ポリウレタンフォーム製造用ポリオール組成物100重量部に対して、0.5〜5.0重量部が好ましく、さらに好ましくは1.0〜3.0重量部である。
【0061】
本発明のポリウレタンフォームの製造方法においては、必要により、さらに以下に述べるその他の助剤を用い、その存在下で反応させてもよい。
その他の助剤としては、着色剤(染料及び顔料)、可塑剤(フタル酸エステル及びアジピン酸エステル等)、有機充填剤(合成短繊維、熱可塑性又は熱硬化性樹脂からなる中空微小球等)、難燃剤(リン酸エステル及びハロゲン化リン酸エステル等)、老化防止剤(トリアゾール及びベンゾフェノン等)、酸化防止剤(ヒンダードフェノール及びヒンダードアミン等)等の公知の補助成分が挙げられる。
【0062】
これら助剤の添加量としては、硬質ポリウレタンフォーム製造用ポリオール組成物100重量部に対して、着色剤は、1重量部以下が好ましい。可塑剤は、10重量部以下が好ましく、さらに好ましくは5重量部以下である。有機充填剤は、50重量部以下が好ましく、さらに好ましくは30重量部以下である。難燃剤は、30重量部以下が好ましく、さらに好ましくは2〜20重量部である。老化防止剤は、1重量部以下が好ましく、さらに好ましくは0.01〜0.5重量部である。抗酸化剤は、1重量部以下が好ましく、さらに好ましくは0.01〜0.5重量部である。助剤の合計使用量は、50重量部以下が好ましく、さらに好ましくは0.2〜30重量部である。
【0063】
本発明の製造方法において、硬質ポリウレタンフォームの製造に際してのイソシアネート指数(インデックス)[(NCO基/活性水素原子含有基)の当量比×100]は、成形性の観点、機械物性(圧縮強度)及び低吸水量の観点から、100〜300が好ましく、さらに好ましくは150〜250である。
【0064】
本発明の方法による硬質ポリウレタンフォームの製造方法の具体例の一例を示せば、下記の通りである。まず、硬質ポリウレタンフォーム製造用ポリオール組成物、発泡剤、触媒、整泡剤並びに必要によりその他の添加剤を所定量混合する。次いでポリウレタンフォーム発泡機又は攪拌機を使用して、この混合物と有機ポリイソシアネート成分とを急速混合する。得られた混合液(発泡原液)を連続発泡して硬質ポリウレタンフォームを得ることができる。また、密閉型又は開放型のモールド(金属製又は樹脂製)に注入し、ウレタン化反応を行わせ、所定時間硬化後、脱型して硬質ポリウレタンフォームを得ることもできる。
【0065】
本発明の硬質ポリウレタンフォームの独泡率は、機械物性の観点から、20〜95%であり、好ましくは30〜90%、さらに好ましくは40〜85%である。
【0066】
独泡率の調整は、ウレタン化反応を促進させる触媒使用量を多くする、強度向上剤の含有量を少なくする等の方法で独泡率を大きくすることが出来る。また、ウレタン化反応を促進させる触媒使用量を少なくする、強度向上剤の含有量を多くする等の方法で独泡率を小さくすることが出来る。これらの方法により独泡率を上記の範囲に調整できる。
好ましい強度向上剤の含有量は、上記した範囲である。
【0067】
本発明の方法で得られた硬質ポリウレタンフォームは、建材用、家具、断熱機器、車両、船舶等、硬質ポリウレタンフォームのあらゆる用途で好適に使用される。
【実施例】
【0068】
以下、実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
【0069】
製造例1
攪拌装置、温度制御装置付きのステンレス製オートクレーブに、ポリプロピレングリコール(三洋化成工業株式会社製 グリセリンPO付加物(GP−3000NS)1モル、無水トリメリット酸1モル及びアルカリ触媒(N−エチルモルフォリン)0.010モルを仕込み、窒素雰囲気下、0.20MPa、120±10℃で1時間反応させハーフエステル化を行った。ハーフエステル化後、EO6モルを1時間かけて滴下した後、1時間熟成した。熟成終了後、アルカリ触媒を10kPaにて1時間減圧除去して、強度向上剤A−1を得た。A−1の各項目の値を表1に記載した。
【0070】
製造例2
製造例1において、グリセリンPO付加物(GP−3000NS)の代わりにグリセリンPO付加物(GP−1500)1モルを使用し、N−エチルモルフォリンの使用量を0.010モルとし、EO6モルの代わりにPO6モルを使用する以外は製造例1と同様にして、強度向上剤A−2を得た。A−2の各項目の値を表1に記載した。
【0071】
<製造例3〜67 強度向上剤の製造>
以下強度向上剤A−3〜A−67の製造について記載する。得られた強度向上剤の各項目の値を表1〜表3に記載した。
なお、A−3〜A−67の製造において使用している活性水素含有化合物のうち、製造例1、2に記載していない物について下記に記載する。記載していない物については、試薬として容易に入手することができる。
【0072】
(1)エタノール変性物
・ポリオール(I)(エタノールEO付加物;数平均分子量200、水酸基価280)
製造例1と同様のオートクレーブにエタノール1モル、KOH9.0ミリモルを仕込み、EO3.5モルを130℃±5℃、0.5MPa以下になるよう制御しながら2時間掛けて滴下し、滴下終了後2時間熟成した。熟成終了後、90±5℃まで冷却し、水2重量%、キョーワード600(協和化学社製;合成珪酸塩)2重量%を加え1時間処理した。オートクレーブより取り出した後、1ミクロンのろ紙を用いてろ過した後減圧脱水し、ポリオール(I)を得た。
【0073】
(2)グリコール変性物
・PEG−200(エチレングリコールEO付加物;数平均分子量200、水酸基価560、三洋化成工業株式会社製「PEG-200」)
【0074】
(3)ソルビトール変性物
・SP−750(ソルビトールPO付加物;数平均分子量690、水酸基価490、三洋化成工業株式会社製「サンニックスSP−750」)
【0075】
(4)スクロース変性物
・RP−410A(スクロースPO付加物;数平均分子量1070、水酸基価420、三洋化成工業株式会社製「サンニックスRP−410A」)
・ポリオール(V)(スクロース、無水フタル酸、PO、EO共重合物;数平均分子量4150、水酸基価108)
製造例1と同様のオートクレーブにRP−410A1モル、無水フタル酸1モル、N−エチルモルフォリン0.05モルを仕込み、窒素雰囲気下120±10℃で1時間反応させハーフエステル化を行った。その後EO16.2モルを80±10℃、圧力0.50MPa以下となるよう制御しながら、2時間かけて滴下した後、3時間熟成した。熟成終了後、N−エチルモルフォリンを100±10℃、10kPaにて1時間減圧除去して、ポリオール(V)を得た。
・ポリオール(VI)(スクロースPO付加物;数平均分子量3000、水酸基価150)
製造例1と同様のオートクレーブにRP−410A1モル、KOH0.14モルを仕込み、110±5℃、10kPaにて1時間脱水した。脱水終了後PO33.3モルを0.5MPa以下になるよう制御しながら4時間掛けて滴下し、滴下終了後3時間熟成した。熟成終了後、90±5℃まで冷却し、水2重量%、キョーワード600(協和化学社製;合成珪酸塩)2重量%を加え1時間処理した。オートクレーブより取り出した後、1ミクロンのろ紙を用いてろ過した後減圧脱水し、ポリオール(VI)を得た。
・GP−400(グリセリンPO付加物;平均分子量400、水酸基価420、三洋化成工業株式会社製「サンニックス GP−400」)
・ポリオール(IX)(スクロースPO付加物;平均分子量3000、水酸基価150)
・ポリオール(VII)(スクロース、無水フタル酸、PO、EO共重合物;数平均分子量4150、水酸基価108)
【0076】
【表1】

【0077】
強度向上剤A−15、16、24、26、28は、各々表2に示す原料と使用量(モル)を使用し、下記製法にて製造した。一例としてA−15で説明する。
製造例1と同様なオートクレーブにポリオール(I)(Z構成原料)を1モル、無水トリメリット酸(Y構成原料)1モル、反応試薬としてトリエチルアミン2.2モル、溶媒としてTHFを2モル仕込み、窒素雰囲気下80±10℃で2時間エステル化を行った。この後、R1構成原料としてエチレンブロミド2モルを加え、80±10℃で6時間反応した。反応後、析出した塩を濾別し、有機層を水で洗浄し目的物をトルエンで抽出分離した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、80±10℃、10kPaで溶媒留去を行い強度向上剤A−15を得た。各強度向上剤の各項目の値を表2に記載した。
【0078】
【表2】

【0079】
強度向上剤A−22を表3に示す原料と使用量(モル)を使用し、下記製法にて製造した。
製造例1と同様なオートクレーブにポリオール(I)(Z構成原料)を1モル、無水ピロメリット酸(Y構成原料)1モル、反応試薬としてトリエチルアミン3.2モル、溶媒としてTHFを2モル仕込み、窒素雰囲気下80±10℃で2時間ハーフエステル化を行った。この後、水1モルを加え30分反応後、R1構成原料としてエチレンブロミド3モルを加え、80±10℃で6時間反応した。反応後、析出した塩を濾別し、有機層を水で洗浄し目的物をトルエンで抽出分離した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、80±10℃、10kPaで溶媒留去を行い強度向上剤A−2を得た。各強度向上剤の各項目の値を表1に記載した。
【0080】
【表3】

【0081】
強度向上剤A−3、4、12〜14、17、25、27、31〜34、36、38、40、50〜53、60〜63は、各々表4に示す原料と使用量(モル)を使用し、下記製法にて製造した。一例としてA−3で説明する。
製造例1と同様なオートクレーブにPEG−200(Z構成原料)を1モル、無水トリメリット酸(Y構成原料)1モル、触媒としてN−エチルモルフォリン0.02モル、溶媒としてTHFを2モル仕込み、窒素雰囲気下80±10℃で2時間エステル化を行った。この後、R1構成原料としてEO2モルを80±10℃、0.5MPa以下となるよう制御しながら2時間掛けて滴下し、3時間熟成した。熟成後、80±10℃、10kPaで触媒及び溶媒の留去を行い強度向上剤A−3を得た。各強度向上剤の各項目の値を表1に記載した。
【0082】
強度向上剤A−29は、表4に示す原料と使用量(モル)を使用し、下記製法にて製造した。製造例1と同様なオートクレーブにジエチレングリコール(Z構成原料)を1モル、無水トリメリット酸(Y構成原料)2モル、触媒としてN−エチルモルフォリン0.02モル、溶媒としてTHFを3モル仕込み、窒素雰囲気下80±10℃で2時間エステル化を行った。この後、R1構成原料としてEO3モルを80±10℃、0.5MPa以下となるよう制御しながら2時間掛けて滴下し、3時間熟成した。熟成後、80±10℃、10kPaで触媒及び溶媒の留去を行い強度向上剤A−29を得た。強度向上剤の各項目の値を表1に記載した。
【0083】
強度向上剤A−30は、表4に示す原料と使用量(モル)を使用し、下記製法にて製造した。製造例1と同様なオートクレーブにジエチレングリコール(Z構成原料)を1モル、無水ピロメリット酸(Y構成原料)2モル、触媒としてN−エチルモルフォリン0.02モル、溶媒としてTHFを3モル仕込み、窒素雰囲気下80±10℃で2時間エステル化を行った。この後、R1構成原料としてEO4モルを80±10℃、0.5MPa以下となるよう制御しながら2時間掛けて滴下し、3時間熟成した。熟成後、80±10℃、10kPaで触媒及び溶媒の留去を行い強度向上剤A−30を得た。強度向上剤の各項目の値を表1に記載した。
【0084】
【表4】

【0085】
強度向上剤A−18〜20、35、37、39、54〜57は各々表5に示す原料と使用量(モル)を使用し、下記製法にて製造した。一例としてA−18で説明する
製造例1と同様なオートクレーブに1−ブタノール(Z構成原料)を1モル、無水ピロメリット酸(Y構成原料)1モル、触媒としてN−エチルモルフォリン0.03モル、溶媒としてTHFを2モル仕込み、窒素雰囲気下80±10℃で2時間ハーフエステル化を行った。この後、水1モルを加え30分反応後、R1構成原料としてEO3モルを80±10℃、0.5MPa以下となるよう制御しながら2時間掛けて滴下し、3時間熟成した。熟成後、80±10℃、10kPaで触媒及び溶媒の留去を行い強度向上剤A−18を得た。各強度向上剤の各項目の値を表1に記載した。
【0086】
【表5】

【0087】
強度向上剤A−5〜11、21、23、41〜49、58、59、64〜67は各々表6に示す原料と使用量(モル)を使用し、下記製法にて製造した。一例としてA−5で説明する。
撹拌装置、温度制御装置、圧力制御装置、冷却器、トラップ、液循環ポンプを備えた反応器にPTMG−1000(ポリテトラメチレングリコール;数平均分子量1000、水酸基価112、三菱化学株式会社製「PTMG−1000」)(Z構成原料)を1モル、無水トリメリット酸(Y構成原料)1モル、触媒としてN−エチルモルフォリン0.02モル、溶媒としてトルエンを5モル仕込み、窒素雰囲気下80±10℃、0.1MPaで2時間エステル化を行った。この後、R1構成原料としてPEG−200を2モル加え95±5℃、0.06MPaとなるよう制御しながら6時間反応した。反応中は揮発するトルエンと水を冷却器で凝縮し、トラップで分離したトルエンを再度反応器に戻すことを連続して行った。反応後、80±10℃、10kPaで触媒及び溶媒の留去を行い強度向上剤A−5を得た。各強度向上剤の各項目の値を表1に記載した。
【0088】
【表6】

【0089】
<製造例68〜89 ウレタンフォーム製造用ポリオール組成物の製造>
各種強度向上剤(A)と各種ポリオール(P)とを窒素雰囲気下80±10℃で30分混合してウレタンフォーム製造用ポリオール組成物(B)を作成した。各種強度向上剤とポリオールの混合処方は表7の通りである。表7において、混合量wt%とはポリオール組成物(B)の重量を基準とする強度向上剤(A)の含有量を表す。
【0090】
【表7】

【0091】
<実施例1〜91、比較例1〜5>
表8〜12に示した発泡処方に従って、下記の発泡条件により硬質ポリウレタンフォームを金型内で発泡してフォームを形成し、脱型後一昼夜放置し、硬質ポリウレタンフォーム諸物性を測定した。物性測定値も表8〜12に記載した。
【0092】
(発泡条件)
<実施例1〜91>
金型SIZE:40cm×40cm×5cm(高さ)
金型温度:35℃
金型材質:アルミ
ポリオール液温;15℃
イソシアネート液温;15℃
ミキシング方法:高圧ウレタン発泡機(ポリマーエンジニアリング社製)ポリオールプレミックスとイソシアネートとを12MPaで混合
【0093】
(発泡条件)
<比較例1〜5>
金型SIZE:40cm×40cm×5cm(高さ)
金型温度:35℃
金型材質:アルミ
ポリオール液温;5℃
イソシアネート液温;5℃
ミキシング方法:高圧ウレタン発泡機(ポリマーエンジニアリング社製)ポリオールプレミックスとイソシアネートとを12MPaで混合
【0094】
実施例1〜91及び比較例1〜5における硬質ポリウレタンフォームの原料は、前述の実施例で示した物と同様の物を使用し、それ以外の物は次の通りである。
1.触媒
サンアプロ(株)製「U−CAT 1000」(アミン系触媒)
2.整泡剤
東レ・ダウコーニング(株)製「SF−2936F」
【0095】
3.有機イソシアネート成分(D−3)
日本ポリウレタン工業(株)社製「ミリオネート MR−200」(ポリメリックMDI)
4.ポリオール
(1)ポリオール(P−1):蔗糖にPOを付加させて得られた平均官能基数8.0、水酸基価490のポリオキシプロピレンポリオール
(2)ポリオール(P−2):ペンタエリスリトールにPOを付加させて得られた平均官能基数4.0、水酸基価410のポリオキシプロピレンポリオール
(3)ポリオール(P−3):ソルビトールにPOを付加させて得られた平均官能基数6.0、水酸基価400のポリオキシプロピレンポリオール
5.難燃剤
大八化学工業(株)社製「TMCPP」(トリス(β−クロロプロピルホスフェート
6.発泡剤
発泡剤−1:セントラル硝子(株)社製「HFC−245fa」(1,1,1,3,3,−ペンタフルオロプロパン)
【0096】
各項目の測定方法は下記の通りである。得られた結果を表8〜12に示す。
密度 :JIS A9511に準拠、単位はkg/m3
圧縮強度:JIS A9511に準拠、単位はkPa
独泡率 :ASTM D2856(エアピクノメーター法)に準拠して測定した。
吸水量:JIS A9511に準拠、単位はg/100cm2
【0097】
【表8】

【0098】
【表9】

【0099】
【表10】

【0100】
【表11】

【0101】
【表12】

【0102】
表8〜12おいて、本発明実施例1〜91のウレタンフォームは、従来技術により得られる比較例1〜5のウレタンフォームよりも、フォーム物性、特に圧縮強度が向上している。
【産業上の利用可能性】
【0103】
本発明のポリウレタンフォームは、建材用等の硬質ポリウレタンフォームのあらゆる用途で好適に使用することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式(I)で表される硬質ポリウレタンフォーム製造用強度向上剤(A)と有機ポリイソシアネート成分(D)とを、発泡剤、触媒及び整泡剤の存在下に反応させてなる独泡率が20〜95%である硬質ポリウレタンフォーム。
【化1】

[一般式(I)中、R1は活性水素含有化合物から1個の活性水素を除いた残基を表す。複数のR1の一部とZは同一であっても構わないが、少なくとも1つのR1とZは異なる基である。;Yは3価以上の芳香族ポリカルボン酸(C)からカルボキシル基を除いた残基を表す。Yの芳香環は炭素原子から構成される。芳香環の置換基は水素原子でも他の置換基でもよいが、少なくとも一つの置換基が水素原子である。;aは0≦a≦(芳香環置換基数−2)を満たす整数である。;bは0≦b≦(芳香環置換基数−2)を満たす整数である。;a+bは2≦a+b≦(芳香環置換基数−2)を満たす整数である。;Zはm価以上の活性水素含有化合物からm個の活性水素を除いた残基を表す。;mは1〜10の整数を表す。;]
【請求項2】
強度向上剤(A)及び(A)以外のポリオール(P)を含有してなるポリオール組成物(B)と有機ポリイソシアネート成分(D)とを反応させてなる請求項1に記載の硬質ポリウレタンフォーム。
【請求項3】
ポリオール組成物(B)の重量を基準とする強度向上剤(A)の含有量が0.1〜99.9重量%である請求項2に記載の硬質ポリウレタンフォーム。
【請求項4】
強度向上剤(A)の水酸基価が0〜700mgKOH/gである請求項1〜3のいずれかに記載の硬質ポリウレタンフォーム。
【請求項5】
強度向上剤(A)の芳香環濃度(mmol/g)が0.1〜10.0である請求項1〜4のいずれかに記載の硬質ポリウレタンフォーム。
【請求項6】
強度向上剤(A)中のYの式量が、(A)の数平均分子量を基準として0.5〜50%である請求項1〜5のいずれかに記載の硬質ポリウレタンフォーム。

【公開番号】特開2013−23682(P2013−23682A)
【公開日】平成25年2月4日(2013.2.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−163071(P2011−163071)
【出願日】平成23年7月26日(2011.7.26)
【出願人】(000002288)三洋化成工業株式会社 (1,719)
【Fターム(参考)】